JP2009502586A - Process for producing extruded composition of extruded die and filled polymer composition - Google Patents

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Abstract

Prepare an extruded filled polymer composite having a highly disperse and uniformly distributed filler by extruding a filled polymer composite through a die with a Flow Restriction Zone, a Flow Redistribution Zone and a Land Zone. The Flow Restriction Zone is proximate to the extruder and increases polymer melt backpressure in the extruder sufficient to induce high dispersion of the filler but not enough to cause undesirable degradation of the polymer melt components.

Description

本発明は、流れ制限帯域、流れ再分配帯域およびランド帯域を含む押出口金に関する。本発明は、また、高度に分散しかつ均一に分布した充填剤を含む充填剤入り重合体組成物押出品(extruded filled polymer composition)を調製するためにその押出口金を使用する方法に関する。   The present invention relates to an extrusion die that includes a flow restriction zone, a flow redistribution zone, and a land zone. The present invention also relates to a method of using the extrusion die to prepare a filled polymer composition extrudate comprising a highly dispersed and uniformly distributed filler.

重合体母材中への充填剤の分散は、充填剤と重合体が特に相溶性でないときは特に、歴史的に挑戦されてきた。その挑戦は、母材材料に比べて充填剤の量が増加するにつれて、そして製品要求条件が高度に均一な組成物を求めるにつれて、増加する。疎水性の重合体の中に分散した親水性の充填剤を含む組成物の押出品の製造は、充填剤と重合体が特に相溶性ではないので、そのような挑戦に苦しむ。セルロース充填剤の場合のように、充填剤および/または母材材料が熱により劣下する傾向を有するときは、その挑戦はより困難である。熱可塑性母材中に木粉充填剤(wood filler)を入れた組成物の押出品の製造は、非常に困難である(たとえば、米国特許第5851469号明細書第1欄第52行〜第2欄第25行参照)。   Dispersing fillers in a polymer matrix has historically been challenging, especially when the filler and polymer are not particularly compatible. The challenge increases as the amount of filler increases relative to the matrix material and as product requirements seek a highly uniform composition. Manufacturing extrudates of compositions comprising hydrophilic filler dispersed in a hydrophobic polymer suffers from such challenges because the filler and polymer are not particularly compatible. The challenge is more difficult when the filler and / or matrix material has a tendency to be degraded by heat, as in the case of cellulose fillers. Manufacturing extrudates of compositions with wood fillers in a thermoplastic matrix is very difficult (eg, US Pat. No. 5,851,469, column 1, lines 52-2). Column 25th line).

製造が困難であるにもかかわらず、木材粒子を混ぜた熱可塑性重合体母材(木粉/プラスチックコンパウンド)からなる複合材料押出品は、甲板材料(たとえば板や手すり)のような用途のすべての木板の望ましい代替物である。木粉/プラスチック組成物は、単位体積当たりより少ない木材材料を必要とし、より低い等級の木材材料(再循環および廃物木材材料を含む。)を利用することができ、そしてすべての木材代替物より長い有効寿命を有することができる。   Despite being difficult to manufacture, composite extrusions made of thermoplastic polymer matrix mixed with wood particles (wood flour / plastic compound) can be used for all applications such as deck materials (eg, boards and handrails). Is a desirable alternative to wood boards. Wood flour / plastic compositions require less wood material per unit volume, can use lower grade wood materials (including recycled and waste wood materials), and more than all wood substitutes Can have a long useful life.

木粉/プラスチック組成物押出品は商業上入手可能である。しかしながら、製品および文献は、木粉充填剤が高度に分散しかつ均一に分布した木粉/プラスチック組成物、およびそのような組成物を製造する効率的な方法に対するニーズが残されていることを示している。   Wood flour / plastic composition extrudates are commercially available. However, the product and literature indicate that there remains a need for wood flour / plastic compositions in which wood flour fillers are highly dispersed and uniformly distributed, and an efficient method for producing such compositions. Show.

米国特許第4708623号明細書は、従来の一軸および二軸押出機スクリュー設計が重合体母材の中に木粉充填剤を分散させるのに不十分であることを教示し、押出機内で木部繊維を解きほぐす目的で非従来型のスクリュー帯域を開示している。米国特許第4708623号明細書は、多オリフィス口金(ストランド板)を用いて、封入された木粉充填剤のペレットを押し出し、その後それらのペレットを成形品に再製することを開示している。米国特許第5516472号明細書(下記参照)に明らかにされたウェルドラインを考慮して、当業者は、ストランド板を通して押し出された米国特許第4708623号明細書のペレットは充填剤の不均一な分布を有すると予想するであろう。さらに、充填剤入り重合体組成物をペレットに押し出し、その後それに続いてその組成物ペレットを物品に成型する方法は、望ましくないことに、単一の工程で組成物を配合し物品に押し出す一工程法より効率的ではない。   U.S. Pat. No. 4,708,623 teaches that conventional single and twin screw extruder screw designs are inadequate to disperse wood flour fillers in a polymer matrix. An unconventional screw zone is disclosed for the purpose of unraveling the fibers. U.S. Pat. No. 4,708,623 discloses the use of a multi-orifice base (strand plate) to extrude pellets of encapsulated wood flour filler and then remanufacture those pellets into molded articles. In view of the weld lines identified in U.S. Pat. No. 5,516,472 (see below), those skilled in the art will recognize that the pellets of U.S. Pat. No. 4,708,623 extruded through a strand plate are uneven distribution of filler. Would expect to have Furthermore, the method of extruding the filled polymer composition into pellets, followed by subsequent molding of the composition pellets into an article is undesirably a single step of compounding and extruding the composition into an article in a single step. Less efficient than the law.

米国特許第5516472号明細書およびその関連特許(family members)は、ストランド口金を通して押し出すことを必要とするストランド方法を用いて、熱可塑性母材中に木粉充填剤を分散させ分布させる方法を教示している。しかしながら、米国特許第5516472号明細書のストランド方法は、押出製品中にウェルドラインを生成し、それは製品の押出方向に垂直な(真横の(end-on))押出製品の平らにした表面を見ると明らかである。おそらく、ウェルドラインは各ストランドのまわりの重合体に富んだ皮であり、それは結果としてストランド表面における不均質な分散を生じる。その結果、平らにしたときに、米国特許第5516472号明細書の製品は不均質な真横の外観に苦しむ。また、噂によれば、米国特許第5516472号明細書の押出製品は、長手方向の流路に沿った吸湿性問題にも苦しむ(米国特許第6153293号明細書第3欄第65行〜第4欄第6行参照)。   US Pat. No. 5,516,472 and related family members teach a method of dispersing and distributing wood flour fillers in a thermoplastic matrix using a strand method that requires extrusion through a strand die. is doing. However, the strand method of US Pat. No. 5,516,472 produces a weld line in the extruded product, which sees the flattened surface of the extruded product perpendicular (end-on) to the extrusion direction of the product. It is clear. Presumably, the weld line is a polymer-rich skin around each strand, which results in a heterogeneous dispersion on the strand surface. As a result, when flattened, the product of US Pat. No. 5,516,472 suffers from an inhomogeneous side-by-side appearance. Rumors also indicate that the extruded product of US Pat. No. 5,516,472 also suffers from hygroscopic problems along the longitudinal flow path (US Pat. No. 6,153,293, column 3, lines 65-4). Column 6th line).

押し出される重合体組成物の中への充填剤の混合を容易にする別の方法は、少なくとも3:1の圧縮比の口金を用いることである。圧縮比を増加させると、充填剤を含む押出製品の曲げ弾性率を増加させることもできる。圧縮比は、口金の出口オリフィスの断面積に対する口金の最も広い断面積の比である。3:1の圧縮比を有する口金は、口金の出口オリフィスの(すなわちおよそ押出製品の)断面積の少なくとも3倍の断面積を有する口金流路を必要とする。不運にも、少なくとも3:1の圧縮比を生み出す口金は、大きな断面積を有する製品を製造するために設計されたときは、不便にも大きくなる場合がある。さらに、または代替手段として、口金の圧縮比を増加させることによって混合を増強することは、口金の内部で高い溶融粘度を得るために重合体組成物を冷却することを必要とし、それは最終押出製品の高品質の表面外観を達成するのを妨げる傾向がある。   Another way of facilitating mixing of the filler into the extruded polymer composition is to use a die with a compression ratio of at least 3: 1. Increasing the compression ratio can also increase the flexural modulus of the extruded product containing the filler. The compression ratio is the ratio of the widest cross-sectional area of the base to the cross-sectional area of the outlet orifice of the base. A die having a 3: 1 compression ratio requires a die channel having a cross-sectional area that is at least three times the cross-sectional area of the outlet orifice of the die (ie, approximately that of the extruded product). Unfortunately, a die that produces a compression ratio of at least 3: 1 can be inconveniently large when designed to produce a product with a large cross-sectional area. In addition, or as an alternative, enhancing mixing by increasing the compression ratio of the die requires cooling the polymer composition to obtain a high melt viscosity within the die, which is the final extruded product Tend to hinder achieving a high quality surface appearance.

米国特許第5851469号明細書US Pat. No. 5,851,469 米国特許第4708623号明細書US Pat. No. 4,708,623 米国特許第5516472号明細書US Pat. No. 5,516,472 米国特許第6153293号明細書US Pat. No. 6,153,293

高度に分散しかつ均一に分布した充填剤、特にタルクまたは木粉充填剤を含む、充填剤入り重合体組成物、特にタルクまたは木粉を充填した組成物を調製する効率的な方法が望まれる。より望ましいは、ストランド口金または少なくとも3:1の圧縮比を必要とせずに、従来の押出機の使用を可能にする方法である。   An efficient method of preparing a filled polymer composition, particularly a composition filled with talc or wood flour, comprising a highly dispersed and uniformly distributed filler, especially talc or wood flour filler, is desired. . More desirable is a method that allows the use of a conventional extruder without the need for a strand die or a compression ratio of at least 3: 1.

本発明は、押出機から直接、重合体母材の中に高度に分散しかつ均一に分布した木粉充填剤を含む充填剤入り重合体組成物を効率的に製造するのに適した押出口金およびその口金を用いた方法を提供することによって、技術を進歩させる。   The present invention relates to an extrusion port suitable for efficiently producing a filled polymer composition comprising a wood powder filler that is highly dispersed and uniformly distributed in a polymer matrix directly from an extruder. Advances technology by providing a method using gold and its caps.

第一の態様において、本発明は、口金流路(Die Flow Channel)を定める(defining)押出口金(extrusion die)であって、
(a)入口オリフィスから流れ制限帯域の反対の端の出口オリフィスへ延びる制限的流路(Restrictive Flow Channel)を定める流れ制限帯域(Flow Restriction Zone)(ただし、制限的流路は、(i)口金流路の最も小さな断面積と等しい断面積を有する出口オリフィス、および(ii)制限的流路入口端における周囲面積(circumferential area)よりも小さい平均断面積を有する。)、
(b)制限的流路の出口オリフィスに隣接する入口オリフィスから流れ再分配帯域の反対端の出口オリフィスへ延びる再分配流路(Redistribution Flow Channel)を定める流れ再分配帯域(Flow Redistribution Zone)(ただし、再分配流路は、制限的流路と流体連通し、最初に制限的流路の出口オリフィスの断面積から断面積が増加する。)、および
(c)再分配流路の出口オリフィスに隣接する入口オリフィスからランド帯域の反対端の出口オリフィスへ延びるランド流路(Land Flow Channel)を定めるランド帯域(Land Zone)(ただし、ランド流路は再分配流路と流体連通しており、そしてランド帯域の入口端と出口端との間の任意の2点における任意の断面の寸法の変動が5%未満である。)
を含み、
制限的流路は再分配流路またはランド流路よりも小さな平均断面積を有し、制限的流路、再分配流路およびランド流路の組み合わせが口金流路を定め、そして、口金流路は、制限的流路および口金の入口オリフィスを定める口金の入口端から、ランド流路および口金の出口オリフィスを定める反対の出口端まで、口金の全体を通じて、重合体溶融物の層流を提供する。
In a first aspect, the present invention provides an extrusion die that defines a die flow channel,
(A) Flow Restriction Zone that defines a restrictive flow channel (Restrictive Flow Channel) extending from the inlet orifice to the outlet orifice at the opposite end of the flow restricting zone. An exit orifice having a cross-sectional area equal to the smallest cross-sectional area of the flow path, and (ii) an average cross-sectional area less than the circumferential area at the restrictive flow path inlet end).
(B) A flow redistribution zone that defines a redistribution flow channel extending from an inlet orifice adjacent to the outlet orifice of the restrictive channel to an outlet orifice at the opposite end of the flow redistribution zone (however, The redistribution flow path is in fluid communication with the restrictive flow path and first increases in cross-sectional area from the cross-sectional area of the restrictive flow path exit orifice.), And (c) adjacent to the redistribution flow path exit orifice. Land Zone that defines a Land Flow Channel that extends from the inlet orifice to the outlet orifice at the opposite end of the land zone (however, the land channel is in fluid communication with the redistribution channel and (The variation in the dimensions of any cross section at any two points between the inlet and outlet ends of the zone is less than 5%.)
Including
The restrictive flow path has a smaller average cross-sectional area than the redistribution flow path or the land flow path, the combination of the restrictive flow path, the redistribution flow path and the land flow path defines the base flow path, and the base flow path Provides a laminar flow of polymer melt throughout the die from the inlet end of the die defining the restrictive flow path and die inlet orifice to the opposite outlet end defining the land flow channel and die outlet orifice. .

第二の態様において、本発明は、充填剤入り重合体組成物を押し出す方法であって、押出機から押出口金を通して重合体および充填剤を含む組成物を押し出すことを含み、押出口金が第一の態様の押出口金であることを特徴とする。   In a second aspect, the present invention is a method of extruding a filled polymer composition comprising extruding a composition comprising a polymer and a filler from an extruder through an extrusion die, wherein the extrusion die is It is the extrusion die of the first aspect.

押出口金
本発明の口金は3つの帯域、すなわち、(a)流れ制限帯域(「帯域(a)」)、(b)流れ再分配帯域(「帯域(b)」)、および(c)ランド帯域(「帯域(c)」)を含む。
Extrusion Base The base of the present invention has three zones: (a) a flow restricted zone (“Band (a)”), (b) a flow redistribution zone (“Band (b)”), and (c) a land. Band (“band (c)”).

各帯域は、帯域の全体にわたって(すなわち帯域の1つの端(入口端)から反対の端(出口端)へ)延びる流路(導管)を定める。各流路は、帯域中の重合体溶融物の層流を可能にする。「重合体溶融物」とは、最後に口金から押し出され、そして軟化された重合体および重合体の中に存在するかもしれない添加剤(充填剤を含む。)を含む材料をいう。層流とは、分子流が止まるまたは90度以上方向を変える「死点」が存在しないことを意味する。死点は、典型的には、重合体溶融物流れに垂直に延びる障壁から生じる。口金の帯域は、帯域(b)が帯域(a)と(c)との間のあり、帯域(b)の入口端が帯域(a)の出口端に隣接し、そして帯域(c)の入口端が帯域(b)の出口端に隣接するように、互いに一直線に並べられる。各帯域中の流路は、互いと流体連通しており、望ましくは互いに同軸である。   Each zone defines a flow path (conduit) that extends throughout the zone (ie, from one end of the zone (inlet end) to the opposite end (outlet end)). Each channel allows laminar flow of polymer melt in the zone. “Polymer melt” refers to a material that is finally extruded from a die and includes a softened polymer and additives (including fillers) that may be present in the polymer. Laminar flow means that there is no “dead point” where the molecular flow stops or changes direction by more than 90 degrees. Dead center typically arises from a barrier extending perpendicular to the polymer melt stream. The band of the base is zone (b) between zones (a) and (c), the inlet end of zone (b) is adjacent to the outlet end of zone (a), and the inlet of zone (c) They are aligned with each other so that the ends are adjacent to the exit end of zone (b). The flow paths in each zone are in fluid communication with each other and are preferably coaxial with each other.

帯域(a)(「制限的流路」)、帯域(b)(「再分配流路」)および帯域(c)(「ランド流路」)を通り抜ける流路は、口金を通り抜ける口金流路を形成するように一直線に並べられる。口金流路は、口金の入口端(口金の入口端は帯域(a)の入口端でもある。)から口金の出口端(口金の出口端は帯域(c)の出口端でもある。)に延びている。口金流路は、口金の全体を通して重合体溶融物に層流を提供する。重合体溶融物は、口金の入口端の入口オリフィスを通って口金流路に入り、口金の出口端の出口オリフィスを通って口金流路を出る。好ましい実施態様においては、口金流路は入口および出口オリフィスを通ってのみ出入り可能である。   Channels that pass through zone (a) (“restrictive channel”), zone (b) (“redistribution channel”) and zone (c) (“land channel”) They are aligned to form. The base passage extends from the inlet end of the base (the inlet end of the base is also the inlet end of the zone (a)) to the outlet end of the base (the outlet end of the base is also the outlet end of the zone (c)). ing. The die channel provides a laminar flow to the polymer melt throughout the die. The polymer melt enters the base channel through the inlet orifice at the inlet end of the base and exits the base channel through the outlet orifice at the outlet end of the base. In a preferred embodiment, the mouth channel can only enter and exit through the inlet and outlet orifices.

口金は、単一の構造であってもよいし、構成がモジュール式であってもよい。モジュール式とは、互いから分離可能な構成部品を有することをいう。たとえば、帯域(a)は帯域(b)および(c)から分離可能であってもよい。帯域(c)は帯域(a)および(b)から分離可能であってもよい。各帯域は他の帯域の各々から分離可能であってもよい。口金は、1つを超える帯域に及ぶ、または1つを超える帯域に及ぶ他の構成部品と組み合わされて単一の帯域内に存在する、各帯域内に取り外し可能な(モジュール式の)構成部品を含んでもよい。モジュール式の口金は、それらが口金の容易かつ低費用の変更を可能にするので、望ましい。たとえば、職人は、特定の配合物のために製品特性を最適化するために、口金が、帯域(a)中の多かれ少なかれ制限的な流れを有することを望むかもしれない。完全に新規の口金(すなわち、帯域(a)、(b)、および(c)の各々)を製作するのではなく、モジュール式の口金を使用する職人は、単に帯域(a)中の流れ制限を制御するモジュール式の1つの構成部品または複数の構成部品を設計し直して製作し、その後、もとの構成部品を設計し直した構成部品に置き換えることができる。モジュール式の口金は、製造変更をするときに、時間と金を節約することができる。   The base may have a single structure or a modular structure. Modular means having components that are separable from each other. For example, band (a) may be separable from bands (b) and (c). Band (c) may be separable from bands (a) and (b). Each band may be separable from each other band. Removable (modular) components within each band that are present in a single band that spans more than one band or in combination with other components that span more than one band May be included. Modular bases are desirable because they allow easy and low cost modification of the base. For example, a craftsman may want the base to have a more or less restrictive flow in zone (a) in order to optimize product properties for a particular formulation. Rather than creating a completely new base (ie, each of zones (a), (b), and (c)), craftsmen who use a modular base will simply restrict flow in zone (a). A modular component or a plurality of components that control the process can be redesigned and manufactured, and then the original component can be replaced with the redesigned component. Modular bases can save time and money when making manufacturing changes.

口金は、押出機に隣接した帯域(a)の入口端で押出機に取り付けられる。本発明は、口金を押出機に取り付ける多数の方法があること、および本発明が特定の取り付け手段に限定されないことを予期する。   The base is attached to the extruder at the inlet end of zone (a) adjacent to the extruder. The present invention contemplates that there are numerous ways of attaching the die to the extruder and that the present invention is not limited to any particular attachment means.

重合体溶融物は、押出機の出口オリフィスを通って押出機を出て、口金の入口オリフィスを通って口金に入る。望ましくは、流れ制限流路への入口オリフィスは、口金が取り付けられている押出機の出口オリフィスと類似の周囲輪郭(circumference profile)を有する。周囲輪郭は、オリフィスの形および寸法を定める。押出機の出口オリフィスと口金の入口オリフィスは、望ましくは類似の周囲輪郭を有し、好ましくは同一の周囲輪郭を有する。しかしながら、それらが押出機の出口オリフィスから口金の入口オリフィスを通って重合体溶融物の層流を提供する限り、押出機の出口オリフィスと口金の入口オリフィスは同一である必要はない。   The polymer melt exits the extruder through the exit orifice of the extruder and enters the die through the inlet orifice of the die. Desirably, the inlet orifice to the flow restricting channel has a circumferential profile similar to the outlet orifice of the extruder to which the die is attached. The perimeter contour defines the shape and dimensions of the orifice. The exit orifice of the extruder and the inlet orifice of the base desirably have similar peripheral contours, preferably the same peripheral contour. However, as long as they provide a laminar flow of polymer melt from the outlet orifice of the extruder through the inlet orifice of the extruder, the outlet orifice of the extruder and the inlet orifice of the base need not be the same.

帯域(a) − 流れ制限帯域
帯域(a)は、入口オリフィスから始まり出口オリフィスで終わる、帯域(a)の長さに及ぶ、制限的流路を定める。帯域(a)は、口金の入口端から、口金流路の断面積がその最も小さな断面積から増加する所まで及ぶ。したがって、制限的流路の出口オリフィスは、口金流路の最も小さな断面積に等しい断面積を有する。
Zone (a)-Flow Restriction Zone Zone (a) defines a restrictive flow path spanning the length of zone (a) beginning at the inlet orifice and ending at the outlet orifice. Zone (a) extends from the inlet end of the die to where the cross-sectional area of the die channel increases from its smallest cross-sectional area. Thus, the outlet orifice of the restrictive flow path has a cross-sectional area equal to the smallest cross-sectional area of the mouthpiece flow path.

帯域(a)の目的は、望ましくないことに重合体溶融物成分を劣化させるのに十分な熱を生ずるのに十分な背圧を回避しながら、重合体溶融物の中の充填剤の望ましい分散を達成するために十分な押出機中の背圧を作り出すことである。帯域(a)は、制限的流路を通る重合体溶融物流れを制限することによって、押出機中の背圧を増加させる。帯域(a)の流れパラメーターは、制限的流路を通る重合体溶融物流れの制限を制御する。たとえば、帯域(a)中の制限的流路の長さを増加させまたは平均断面積を減少させることは、帯域(a)を通る重合体溶融物流れの制限を増加させるであろう。当業者は、特定の重合体溶融物配合に基づいて最小限の劣化で最適の混合を達成するために、帯域(a)の適正な流れパラメーターを実験的に選択することができる。   The purpose of zone (a) is to achieve the desired dispersion of the filler in the polymer melt while avoiding sufficient back pressure to undesirably generate enough heat to degrade the polymer melt components. Is to create sufficient back pressure in the extruder to achieve this. Zone (a) increases the back pressure in the extruder by restricting the polymer melt flow through the restrictive flow path. The flow parameters in zone (a) control the restriction of the polymer melt flow through the restrictive flow path. For example, increasing the length of the restrictive flow path in zone (a) or decreasing the average cross-sectional area will increase the restriction of polymer melt flow through zone (a). One skilled in the art can empirically select the proper flow parameters for zone (a) to achieve optimal mixing with minimal degradation based on the particular polymer melt formulation.

望ましくは、帯域(a)は、制限的流路への入口オリフィスの周囲面積より小さい平均断面積を有する制限的流路で重合体溶融物流れを制限する。「周囲面積」とは、周囲によって囲まれた面積である。この特定の場合には、制限的流路への入口オリフィスの周囲面積は、重合体溶融流れに垂直な断面で測定された制限的流路の周囲内の面積である。制限的流路の平均断面積は、また、帯域(b)中の再分配流路および帯域(c)中のランド流路の平均断面積よりも小さい。   Desirably, zone (a) restricts the polymer melt flow with a restrictive flow path having an average cross-sectional area that is smaller than the peripheral area of the inlet orifice to the restrictive flow path. The “peripheral area” is an area surrounded by the periphery. In this particular case, the perimeter area of the inlet orifice to the restrictive flow path is the area within the perimeter of the restrictive flow path measured in a cross section perpendicular to the polymer melt flow. The average cross-sectional area of the restrictive flow path is also smaller than the average cross-sectional area of the redistribution flow path in zone (b) and the land flow path in zone (c).

ここで、オリフィスまたは流路の断面積とは、オリフィスまたは流路中の重合体溶融物流れに垂直な断面におけるオープンスペース面積(たとえば重合体溶融物がそこを通って流れることができるスペース)をいう。流路の平均断面積は、そのオープンスペース体積を、その長さ(流路の中心を通って一方の端から反対の端までの距離)で割ることによって、決定する。オリフィスまたは断面は、「周囲面積」よりも小さな「断面積」を有することができることに注目すべきである。なぜなら、周囲面積はオリフィス周囲内の面積を測定したものであり、一方、断面積は周囲面積の中の自由空間のみを測定したものだからである。たとえば、静的混合機邪魔板を含む流路は周囲面積よりも小さな断面積を有するであろう。   Here, the cross-sectional area of the orifice or flow path is the open space area in a cross section perpendicular to the polymer melt flow in the orifice or flow path (for example, the space through which the polymer melt can flow). Say. The average cross-sectional area of the channel is determined by dividing its open space volume by its length (the distance from one end to the opposite end through the center of the channel). It should be noted that the orifice or cross-section can have a “cross-sectional area” that is smaller than the “peripheral area”. This is because the peripheral area is a measurement of the area in the periphery of the orifice, whereas the cross-sectional area is a measurement of only free space in the peripheral area. For example, a flow path that includes a static mixer baffle will have a cross-sectional area that is less than the surrounding area.

第一の実施態様において、制限的流路は第一および第二の区画(section)を含む。制限的流路の第一の区画は、断面積が入口オリフィスの断面積から第二の区画の断面積まで減少する。その減少は、その減少が制限的流路を通る重合体溶融物の層流を提供する限り、いかなる寸法の輪郭に従ってもよく、たとえば最初に断面積が増加し、次に断面積が減少してもよい。典型的には、第一の区画は、重合体溶融物の層流を容易にするために、第二の区画の断面の寸法まで一様かつ流線形の勾配を定める。第二の区画は、一定の断面積を維持し、口金流路の任意の部分のうちで最も小さな断面積に等しい断面積を有する。第二の区画は、長さが1mm以下であってもよいが、長さが典型的には2mm以上、好ましくは5mm以上、より好ましくは10mm以上である。制限的流路は第二の区画で終了し、第二の区画はその後重合体溶融物を再分配流路に供給する。   In the first embodiment, the restrictive flow path includes first and second sections. The first section of the restrictive flow path has a cross-sectional area that decreases from the cross-sectional area of the inlet orifice to the cross-sectional area of the second section. The reduction may follow any size profile as long as the reduction provides laminar flow of the polymer melt through the restrictive flow path, e.g., the cross-sectional area increases first and then the cross-sectional area decreases. Also good. Typically, the first compartment defines a uniform and streamlined gradient up to the cross-sectional dimensions of the second compartment to facilitate laminar flow of the polymer melt. The second compartment maintains a constant cross-sectional area and has a cross-sectional area equal to the smallest cross-sectional area of any portion of the die channel. The second compartment may have a length of 1 mm or less, but typically has a length of 2 mm or more, preferably 5 mm or more, more preferably 10 mm or more. The restrictive channel ends in the second compartment, which then feeds the polymer melt to the redistribution channel.

第二の実施態様において、もし静的混合機要素が制限的流路中の層流を可能にするならば、制限的流路は1つまたはそれ以上の静的混合機要素を含む。適切な静的混合機要素の具体例は、ケミニア社(Chemineer, Inc.)から入手可能なKenicsTM銘柄混合機(Kenicsはロビンズ・アンド・マイヤーズ社(Robbins & Myers, Inc.)の商標である。)である。別の適切な静的混合機はPolyguard混合機(スルザー社(Sulzer Corp.)から入手可能)である。静的混合機は、制限的流路の入口オリフィスの断面積から制限的流路の断面積を減少させなくとも、制限的流路中の重合体溶融物流れを制限することができる。 In a second embodiment, the restrictive flow path includes one or more static mixer elements if the static mixer element allows laminar flow in the restrictive flow path. A specific example of a suitable static mixer element is the Kenics TM brand mixer available from Chemineer, Inc. (Kenics is a trademark of Robbins & Myers, Inc.) .) Another suitable static mixer is a Polyguard mixer (available from Sulzer Corp.). The static mixer can limit the polymer melt flow in the restrictive channel without reducing the restrictive channel cross-sectional area from the restrictive channel inlet orifice cross-sectional area.

第一の実施態様と第二の実施態様は、第一の実施態様の第一の区画、第二の区画または第一の区画と第二の区画の両方が第二の実施態様の1つまたはそれ以上の静的混合機要素をも含むように、組み合わせることができる。   In the first embodiment and the second embodiment, the first compartment, the second compartment or both the first compartment and the second compartment of the first embodiment are one of the second embodiment or It can be combined to include more static mixer elements.

制限的流路が長すぎれば、溶融重合体溶融物は、口金を出ることができる前に、熱的に劣化し始めるであろう。したがって、制限的流路はできるだけ短いことが望ましい。典型的には、制限的流路の全長は、24インチ(61cm)以下、好ましくは16インチ(41cm)以下、より好ましくは8インチ(20cm)以下、そして最も好ましくは4インチ(10cm)以下である。制限的流路は、2インチ(5cm)以下の長さを有することができ、そして1インチ(2.5cm)以下の長ささえ有することができる。十分な背圧を確保するために、制限的流路の長さは典型的には少なくとも0.5インチ(12.5mm)である。   If the restrictive flow path is too long, the molten polymer melt will begin to thermally degrade before it can exit the die. Therefore, it is desirable that the restrictive flow path be as short as possible. Typically, the total length of the restrictive flow path is 24 inches (61 cm) or less, preferably 16 inches (41 cm) or less, more preferably 8 inches (20 cm) or less, and most preferably 4 inches (10 cm) or less. is there. The restrictive flow path can have a length of 2 inches (5 cm) or less, and can even have a length of 1 inch (2.5 cm) or less. In order to ensure sufficient back pressure, the length of the restrictive flow path is typically at least 0.5 inches (12.5 mm).

1つの望ましい制限的流路は、円形断面を有し、長さが1〜2インチ(2.5〜5cm)であり、直径0.5〜1.5インチ(1.3〜3.8cm)の出口オリフィスを有し、静的混合機要素のないものである。数値範囲は両端の値を含む。   One desirable restrictive flow path has a circular cross section, is 1-2 inches (2.5-5 cm) in length, and has a diameter of 0.5-1.5 inches (1.3-3.8 cm). Without the static mixer element. Numeric ranges include values at both ends.

制限的流路の断面の形状は決定的でなく、たとえば、円形、楕円形、正方形、長方形、五角形、六角形、七角形、八角形、星形または他の考えられるいかなる形状であってもよい。制限的流路の断面形状は、制限的流路の異なる点で異なっていてもよい。望ましくは、制限的流路は、重合体溶融物の一様な流速を促進しそして究極的に押出製品の寸法安定性を改善するために、重合体溶融物流れの軸のまわりに対称な形状を有する。好ましくは、制限的流路は円形の断面形状を有する。   The cross-sectional shape of the restrictive flow path is not critical, and may be, for example, circular, oval, square, rectangular, pentagonal, hexagonal, heptagonal, octagonal, star or any other conceivable shape . The cross-sectional shape of the restrictive channel may be different at different points of the restrictive channel. Desirably, the restrictive flow path has a symmetrical shape about the axis of the polymer melt flow to facilitate uniform flow rate of the polymer melt and ultimately improve the dimensional stability of the extruded product. Have Preferably, the restrictive flow path has a circular cross-sectional shape.

帯域(a)は、帯域(b)または帯域(b)および帯域(c)もまた含む単一の口金ユニットの一部として存在してもよいと考えられる。帯域(a)は、また、帯域(b)および(c)とは別に、モジュール式であってもよいと考えられる。帯域(a)は複数のモジュール式の構成部品をそれ自体含んでもよい。たとえば、区画1は1つのモジュール口金の構成部品の一部であってもよく、区画2は別のモジュール式の口金の構成部品の一部であってもよく、または静的混合機は帯域(a)の残りから取りはずしできるものであってもよい。そのような場合には、帯域(a)はモジュール式の口金の構成部品の組み合わせを含むか、または帯域(a)に存在するモジュール式の口金の構成部品のそれらの部分を含む。   It is contemplated that band (a) may exist as part of a single base unit that also includes band (b) or band (b) and band (c). Band (a) may also be modular, apart from bands (b) and (c). Zone (a) may itself contain a plurality of modular components. For example, compartment 1 may be part of one modular base component, compartment 2 may be part of another modular base component, or the static mixer may be a zone ( It may be removable from the rest of a). In such cases, zone (a) includes a combination of modular base components or includes those portions of the modular base components present in zone (a).

帯域(b) − 流れ再分配帯域
帯域(b)は、口金の中の帯域(a)の後に続いて存在し、そして制限的流路からの重合体溶融物の流れを、ランド流路によって定められた望まれる最終製品形状に分配する役目を果たす。従って、帯域(b)における流路すなわち再分配流路は、制限的流路からの重合体溶融物をランド流路の中へ分配するのに適した輪郭を有する。帯域(b)は、口金流路がその最も小さな断面積から増加するところから始まり、口金流路がもはや形状を変えず、最終押出品の形状を定める所で終了する。再分配流路の平均断面積は、制限的流路の平均断面積よりも大きいが、ランド流路の平均断面積より小さい。
Zone (b)-Flow redistribution zone Zone (b) exists after zone (a) in the base and defines the flow of polymer melt from the restrictive channel by the land channel. It serves to distribute the desired final product shape. Thus, the flow path in zone (b), the redistribution flow path, has a profile suitable for distributing the polymer melt from the restrictive flow path into the land flow path. Zone (b) begins where the die channel increases from its smallest cross-sectional area and ends where the die channel no longer changes shape and defines the shape of the final extrudate. The average cross-sectional area of the redistribution channel is larger than the average cross-sectional area of the restrictive channel, but smaller than the average cross-sectional area of the land channel.

1つの実施態様において、再分配流路は、断面積が円柱状の最終の押し出された組成物の断面積まで対称的に増加する(対称的に広がる(flare up symmetrically))。その代わりに、再分配流路は、複雑な断面形状を有することができる。1つの望ましい帯域(b)は、断面積が制限的流路出口から広がり、長方形の断面を形成するように1つの断面寸法が長くなり、そしてその長さ(長さは両端距離に相当する。)の少なくとも一部に「蝶ネクタイ(bow-tie)」または「犬用の骨(dog-bone)」の断面形状を含む再分配流路を有する。「蝶ネクタイ」部分は、通常長方形の断面形状を有する板に重合体溶融物流れを分配する。帯域(b)および再分配流路の最適なパラメーターは、制限的流路、およびランド流路で求められる最終物品形状に大きく依存する。一般に、最適な再分配流路は、ランド流路を横切る一様な流速にできるだけ近づけるために、制限的流路からの重合体溶融物の流れを、徐々に、ランド流路の寸法に一致する形状に変える。同時に、再分配流路は、望ましくない程度まで熱的に劣化するのに十分長く、口金の中に重合体溶融物を存在させるほど長くてはならない。   In one embodiment, the redistribution channels increase symmetrically (flare up symmetrically) to the cross-sectional area of the final extruded composition that is cylindrical in shape. Instead, the redistribution channel can have a complex cross-sectional shape. One desired zone (b) has a cross-sectional area extending from the restrictive flow path outlet, one cross-sectional dimension is increased to form a rectangular cross-section, and its length (the length corresponds to the distance between the ends). At least a portion of a redistribution channel that includes a cross-sectional shape of a “bow-tie” or “dog-bone”. The “bow tie” portion distributes the polymer melt stream to a plate having a generally rectangular cross-sectional shape. The optimal parameters for zone (b) and the redistribution channel are highly dependent on the final article shape required for the restrictive and land channels. In general, the optimal redistribution flow path will gradually match the polymer melt flow from the restrictive flow path to the land flow path dimensions, as close as possible to a uniform flow rate across the land flow path. Change to shape. At the same time, the redistribution channel should be long enough to thermally degrade to an undesirable degree and not so long that the polymer melt is present in the die.

当業者は、重合体溶融物流れの分配を最大にしそして口金中の重合体溶融物滞留時間を最小限にするために、彼らが望む最終押出品断面に基づいて、再分配流路として適切な流路形状を適切に設計することができ、そして歴史的にも適切に設計してきた。   Those skilled in the art will consider suitable redistribution channels based on the final extrudate cross section they desire to maximize the distribution of polymer melt stream and minimize the polymer melt residence time in the die. The channel shape can be designed appropriately and has been designed appropriately historically.

帯域(b)は、望ましくは、帯域(a)および/または(c)中の構成部品を置き換える必要なしに、帯域(b)中の構成部品の置き換えを可能にする、モジュール式の帯域である。当業者は、重合体溶融物の異なる組成物を調査するときに、帯域(b)だけを変更することを望むかもしれない。異なる組成物は、たとえば粘度が異なるかもしれず、それは、物品の寸法安定性を最適化するために、帯域(b)内の流れ分配輪郭を変更することを求めるかもしれない。帯域(a)のように、帯域(b)は複数のモジュール式の構成部品をそれ自体含んでもよい。   Zone (b) is desirably a modular zone that allows replacement of components in zone (b) without having to replace components in zones (a) and / or (c). . One skilled in the art may wish to change only zone (b) when investigating different compositions of polymer melt. Different compositions may have different viscosities, for example, which may require changing the flow distribution profile in zone (b) to optimize the dimensional stability of the article. Like zone (a), zone (b) may itself contain a plurality of modular components.

帯域(c) − ランド帯域
帯域(c)は、口金の最終帯域であり、重合体溶融物を(最終押出品の冷却の前の)最終押出品の断面寸法に安定させる役目をする。帯域(c)は、最終押出品の寸法安定性を高める傾向がある。帯域(c)中の流路すなわちランド流路は、帯域(c)の長さの全体にわたって、本質的に一定の断面形状のままである。すなわち、帯域(c)内の任意の2点におけるランド流路の断面積の任意の寸法(すなわち重合体溶融物流れに垂直な寸法)の変動は、5%以内、好ましくは2%以内、より好ましくは1%以内であり、そして変動が存在しなくてもよい。ランド流路および帯域(c)はそれ自体、口金の出口オリフィスで終わり、そこを通って重合体溶融物は口金を出る。帯域(c)は、重合体溶融物流れを押出方向により平行に向けることによって、重合体溶融物の拡張を安定させる。
Zone (c)-Land Zone Zone (c) is the final zone of the die and serves to stabilize the polymer melt to the cross-sectional dimensions of the final extrudate (before cooling of the final extrudate). Zone (c) tends to increase the dimensional stability of the final extrudate. The flow path in zone (c), ie the land flow path, remains essentially a constant cross-sectional shape throughout the length of zone (c). That is, the variation of any dimension of the land channel cross-sectional area at any two points in zone (c) (ie, the dimension perpendicular to the polymer melt flow) is within 5%, preferably within 2%, more Preferably it is within 1% and there may be no fluctuations. The land channel and zone (c) itself ends at the outlet orifice of the die through which the polymer melt exits the die. Zone (c) stabilizes the expansion of the polymer melt by directing the polymer melt stream parallel to the extrusion direction.

帯域(c)の長さは、望ましくは、半径流れ勾配(流路の中心の近くの流れに対する流路の壁の近くの重合体溶融物の流速の差)を最小限に抑えながら、重合体溶融物の並流を最大にするのに十分なものである。この目的を達成するために、帯域(c)は、典型的には0.25インチ(6.35mm)以上、好ましくは0.5インチ(12.7mm)以上、より好ましくは1インチ以上(25.4mm)以上、さらに好ましくは2インチ以上、さらに好ましくは3インチ以上、そして典型的には10インチ(254mm)以下、好ましくは7インチ(178mm)以下の長さを有するランド流路を定める。これらの長さの値は一般的な指針を提供するが、最適の長さは特定の重合体溶融物組成物のために最も良く経験的に決定される。   The length of zone (c) is preferably such that the radial flow gradient (the difference in the flow rate of the polymer melt near the channel wall to the flow near the center of the channel) is minimized. It is sufficient to maximize the co-flow of the melt. To achieve this goal, the band (c) is typically 0.25 inches (6.35 mm) or more, preferably 0.5 inches (12.7 mm) or more, more preferably 1 inch or more (25 .4 mm) or more, more preferably 2 inches or more, more preferably 3 inches or more, and typically 10 inches (254 mm) or less, preferably 7 inches (178 mm) or less in length. Although these length values provide general guidance, the optimal length is best determined empirically for a particular polymer melt composition.

ランド流路は、考えられるいかなる断面形状を有してもよい。たとえば、断面の形状は、正方形、長方形、角が丸いまたは面取りされた長方形、円形、楕円形、星形、三角形、六角形、または八角形でもよい。特に望ましい形状は、木板(たとえば、デッキボード、トリムまたはフェーシアとして適切なもの)、厚板、棒、マンドレル、手すり(railings)(曲線状の上面と直線的な底面を有する手すりおよびその変形のような異形(profiled)手すりを含む。)、成形品およびスピンドルに相当するものである。ランド流路は、望ましくは、所望の最終押出製品の断面積の10%以内の断面積を有する。   The land channel may have any conceivable cross-sectional shape. For example, the cross-sectional shape may be a square, a rectangle, a rounded or chamfered rectangle, a circle, an ellipse, a star, a triangle, a hexagon, or an octagon. Particularly desirable shapes are wood boards (eg suitable as deck boards, trims or fascias), planks, bars, mandrels, railings (such as handrails with a curved top surface and a straight bottom surface and variations thereof. Profiled handrails), molded parts and spindles. The land channel desirably has a cross-sectional area within 10% of the cross-sectional area of the desired final extruded product.

望ましい押出製品は、四角形の断面寸法が1×5/4、2×4、4×4、2×6、1×12、3/8×12および2×2のもの、ならびにそれらの寸法によって知られている実際の木材の寸法のものを含む(たとえば、2は実際は1.5であり、4は実際は3.5であり、6は実際は5.5であり、そして12は実際は11.5である。)。ただし、最初の数字はインチ表示の厚さであり、2番目の数字はインチ表示の幅である。   Desirable extruded products are known by square cross-sectional dimensions of 1 × 5/4, 2 × 4, 4 × 4, 2 × 6, 1 × 12, 3/8 × 12 and 2 × 2, and their dimensions. (For example, 2 is actually 1.5, 4 is actually 3.5, 6 is actually 5.5, and 12 is actually 11.5). is there.). However, the first number is the thickness in inches, and the second number is the width in inches.

ランド流路を定める1つまたはそれ以上の壁は、帯域(c)の長さに実質的に平行に延びる、溝(groves)または他の成形輪郭(shaping contours)を含んでもよい。そのような成形輪郭は、押出品の1つまたはそれ以上の表面に組織を付与するのに望ましい。たとえば、1つまたはそれ以上の壁の中に延び、押出方向に延びる溝は、押出品に木目状の組織を与えるのに有用であり得る。   The one or more walls defining the land channel may include grooves or other shaping contours that extend substantially parallel to the length of zone (c). Such a forming profile is desirable to impart texture to one or more surfaces of the extrudate. For example, a groove that extends into one or more walls and extends in the extrusion direction may be useful to give the extrudate a grainy texture.

本発明の口金には、職人が、重合体溶融物成分の熱劣化を最小限にしながら、重合体母材に最適の充填剤混合を達成するために押出機背圧を正確にかつ効率的に制御できるようにすることによって、現存する押出技術を超える利点がある。特に、本発明の口金は、充填剤と重合体母材が概して不相溶のときに、そしてさらに充填剤または重合体の1つまたはそれ以上が熱により劣化しやすいときに、職人が重合体母材の中に充填剤を高度に分散させ均一に分布させることを可能にする。   The die of the present invention allows the craftsman to accurately and efficiently apply the extruder back pressure to achieve optimum filler mixing in the polymer matrix while minimizing thermal degradation of the polymer melt components. By being able to control, there are advantages over existing extrusion techniques. In particular, the die of the present invention allows the craftsman to polymerize when the filler and polymer matrix are generally incompatible, and when one or more of the filler or polymer is susceptible to heat degradation. The filler can be highly dispersed and uniformly distributed in the base material.

さらなる利点として、本発明の口金は、3:1より小さい、さらには2:1より小さい圧縮比を利用しながら、押し出された重合体母材中に高度に分散し均一に分布した充填剤を達成することができる。その結果、本口金の設計は、3:1またはそれより大きな圧縮比を確立する口金に必要とされるよりも小さな流路寸法で、重合体母材中に充填剤が高度に分散し均一に分布した充填剤入り重合体押出製品の製造を提供する。より小さな流路寸法は、比較的大きな断面積の製品を押し出すときに、特に利点になる。3:1の圧縮比は、口金の出口オリフィスの(すなわちほぼ押出製品の)断面積の少なくとも3倍の断面積を有する口金流路を必要とする。したがって、口金は、少なくとも3:1の圧縮比を得るために、大きな断面の製品用には不便なほど大きくなる場合がある。特に、本発明の口金は、3:1またはそれより大きな圧縮比を生ずる設計を組込むことができるが、そのような圧縮比は、押し出された重合体母材の中に高度に分散し均一に分布した充填剤を達成するためには本口金には必要でない。   As a further advantage, the die of the present invention provides a highly dispersed and uniformly distributed filler in the extruded polymer matrix while utilizing a compression ratio of less than 3: 1 and even less than 2: 1. Can be achieved. As a result, the base design is highly distributed and uniformly distributed in the polymer matrix with smaller flow path dimensions than required for a base that establishes a compression ratio of 3: 1 or greater. The manufacture of distributed filled polymer extrusion products is provided. Smaller channel dimensions are particularly advantageous when extruding products with a relatively large cross-sectional area. A 3: 1 compression ratio requires a die channel having a cross-sectional area at least three times the cross-sectional area of the die outlet orifice (ie, approximately the extruded product). Thus, the base may be inconveniently large for products with large cross sections to obtain a compression ratio of at least 3: 1. In particular, the die of the present invention can incorporate designs that produce compression ratios of 3: 1 or greater, but such compression ratios are highly dispersed and uniformly distributed in the extruded polymer matrix. It is not necessary for the base to achieve a distributed filler.

図1〜4は、本発明の典型的な口金を示す。   1-4 show a typical base of the present invention.

図1は、入口端103と出口端105との間の長さLDを有し、口金流路110を定める、口金100の平面断面図を示す。出口端105は直径DDを有する。口金100は、長さLAを有する流れ制限帯域A、長さLBを有する流れ再分配帯域B、および長さLCを有するランド帯域Cからなる。流れ制限帯域Aは、入口オリフィス12(入口オリフィス12は口金流路110への入口オリフィスでもある。)および出口オリフィス14を有する制限的流路10を定める。流れ再分配帯域Bは、入口オリフィス22および出口オリフィス24を有する再分配流路20を定める。ランド帯域Cは、入口オリフィス32および出口オリフィス34を有するランド流路30を定める。ランド流路30は、WCの幅を有する。 FIG. 1 shows a plan cross-sectional view of a base 100 having a length L D between an inlet end 103 and an outlet end 105 and defining a base channel 110. Outlet end 105 has a diameter D D. Mouth ring 100 is comprised of lands band C having flow restriction zone A having a length L A, flow redistribution zone B has a length L B, and the length L C. The flow restriction zone A defines a restrictive flow path 10 having an inlet orifice 12 (the inlet orifice 12 is also an inlet orifice to the base flow path 110) and an outlet orifice 14. The flow redistribution zone B defines a redistribution flow path 20 having an inlet orifice 22 and an outlet orifice 24. Land zone C defines a land flow path 30 having an inlet orifice 32 and an outlet orifice 34. The land flow path 30 has a width of W C.

口金100は、モジュール式であり、複数の取り外しできる要素からなる。要素200は、制限的流路10および再分配流路20の中への広がり(flare up)を定める。要素300、350(図2に示される。)および400は、再分配流路20の中に半分の犬の骨の形状の再分配要素を定める。要素300、350(図2参照)および400はボルト500で口金100に取り付けられている。   The base 100 is modular and consists of a plurality of removable elements. Element 200 defines a flare up into restrictive flow path 10 and redistribution flow path 20. Elements 300, 350 (shown in FIG. 2) and 400 define a half-dogbone-shaped redistribution element in the redistribution channel 20. Elements 300, 350 (see FIG. 2) and 400 are attached to base 100 with bolts 500.

図2は、口金100の側面断面図を示し、口金100を押出機(図示せず)に取り付けるボルト600を示す。図2は、ランド流路30用の出口オリフィス34の高さHCを示す。出口オリフィス34は、WC(図1に示される。)がHC(図2に示される。)よりも大きな長方形である。また、再分配流路20は、その入口オリフィス22(図1に示される。)において円形の断面およびその出口オリフィス24において長方形の断面を有するという事実は、図1を図2と比較することによって明らかである。 FIG. 2 shows a side cross-sectional view of the base 100 and shows a bolt 600 for attaching the base 100 to an extruder (not shown). FIG. 2 shows the height H C of the outlet orifice 34 for the land channel 30. The exit orifice 34 is rectangular with W C (shown in FIG. 1) larger than H C (shown in FIG. 2). Also, the fact that the redistribution flow path 20 has a circular cross section at its inlet orifice 22 (shown in FIG. 1) and a rectangular cross section at its outlet orifice 24 is due to a comparison of FIG. 1 with FIG. it is obvious.

図3は、入口端105(図示せず)の方を向いて再分配流路20の中を見た、口金100のA−A断面図を示す。図3は、制限的流路10の出口オリフィス14および再分配流路20の入口オリフィス22の両方に相当する、オリフィスの一部を示す。要素300は、重合体溶融物を再分配するのを支援するために、再分配流路20の中へ延びる曲線状の輪郭を有する。   FIG. 3 shows a cross-sectional view of the base 100 taken along the line AA, looking into the redistribution channel 20 facing the inlet end 105 (not shown). FIG. 3 shows a portion of the orifice corresponding to both the outlet orifice 14 of the restrictive flow path 10 and the inlet orifice 22 of the redistribution flow path 20. Element 300 has a curvilinear profile that extends into redistribution channel 20 to assist in redistributing the polymer melt.

図4は、出口端105の方を向いて再分配流路20の中を見た、口金100のB−B断面図を示す。図4は、モジュール式の構成部品400とともに、ランド流路30ならびにその出口オリフィス32および出口オリフィス34(それらはこの図では重なり合う。)も示す。   FIG. 4 shows a cross-sectional view of the base 100 taken along the line B-B looking towards the outlet end 105 and looking inside the redistribution channel 20. FIG. 4 also shows the land channel 30 and its outlet orifice 32 and outlet orifice 34 (which overlap in this view), as well as the modular component 400.

押出方法
本方法は、直接かつ効率的に、充填剤を多量に含む重合体組成物を、高度に分散し均一に分布した充填剤を含む物品に押し出すための手段を提供することによって、従来の方法を改良するものである。本方法は、現行技術の複数工程方法(たとえば充填剤入りペレットを配合し、その後それらを物品に製作する方法)と対比して、一工程で配合および製作を行う製造方法を提供する。
Extrusion Method The present method provides a means for extruding a polymer composition comprising a large amount of filler directly and efficiently into an article comprising a highly dispersed and uniformly distributed filler. It is an improvement of the method. This method provides a manufacturing method that combines and manufactures in one step, as opposed to multi-step methods of the current art (eg, methods of compounding filled pellets and then fabricating them into articles).

肉眼で重合体母材を見たときに、充填剤粒子の大多数が重合体母材内に識別できないか、または他の充填剤粒子と凝集していないように見えるいずれかのとき、充填剤は重合体母材の中に高度に分散している。   When the macroscopic matrix is viewed with the naked eye, the filler is either when the majority of the filler particles are indistinguishable within the polymer matrix or appear to not aggregate with other filler particles. Is highly dispersed in the polymer matrix.

組成物の平らにした断面が肉眼の観察者(たとえば拡大なしに目視検査したとき)に充填剤の均一な分布を有するように見えるならば、充填剤は重合体母材の中に均一に分布している。米国特許第5,516,472号明細書のストランド方法は、重合体組成物の平らにした断面の上に明瞭なストランドの輪郭を描くウェルドラインを有する充填剤入り重合体組成物を生産する。ウェルドラインは、組成物中の平均の充填剤濃度よりも低い充填剤濃度を有する規則的な局所領域を構成し、それによって、充填剤入り重合体組成物中の充填剤粒子濃度の規則的な変動を構成する。従って、米国特許第5,516,472号明細書の方法は、重合体母材中に粒子が均一に分布した充填剤入り重合体組成物を生産しない。   If the flattened cross section of the composition appears to have a uniform distribution of filler to the naked eye observer (eg when visually inspected without magnification), the filler is evenly distributed in the polymer matrix. is doing. The strand process of US Pat. No. 5,516,472 produces a filled polymer composition having a weld line that delineates a clear strand over the flattened cross section of the polymer composition. The weld line constitutes a regular local region having a filler concentration that is lower than the average filler concentration in the composition, thereby ensuring a regular concentration of filler particles in the filled polymer composition. Consists of variation. Thus, the method of US Pat. No. 5,516,472 does not produce a filled polymer composition in which the particles are uniformly distributed in the polymer matrix.

充填剤は親水性でも疎水性でもよく、有機でも無機でもよい。無機充填剤の具体例としては、粘土、ポルトランドセメント、セッコウ、炭酸カルシウムおよびタルクが挙げられる。本発明の方法は、疎水性重合体母材の中に分散した親水性充填剤を含む重合体組成物を押し出すのに特に有用である。その方法は、疎水性の重合体母材の中のセルロース系充填剤(たとえば木材パルプ、繊維、粉末)の組成物用に、より特に有用である。さらに特に、疎水性重合体母材の中に35体積%以上、好ましくは40体積%以上、より好ましくは45体積%以上、さらに好ましくは50体積%以上の充填剤(親水性充填剤およびタルクを含む。)を分散させ、充填剤入り組成物を形成するのに有用である。ここで、体積%は充填剤入り組成物の体積を基準とする。本発明の方法は、疎水性の重合体母材の中に、50体積%を超える充填剤(親水性充填剤およびタルクを含む。)を適切に分散させ、充填剤入り重合体組成物を形成することができるが、典型的には70体積%未満の親水性充填剤を含むことができる。ただし、体積%は充填剤入り組成物の体積を基準とする。ここで、「充填剤を多量に含む」組成物とは、組成物質量基準で35体積%以上の充填剤を含む組成物をいう。   The filler may be hydrophilic or hydrophobic and may be organic or inorganic. Specific examples of the inorganic filler include clay, Portland cement, gypsum, calcium carbonate, and talc. The method of the present invention is particularly useful for extruding polymer compositions comprising a hydrophilic filler dispersed in a hydrophobic polymer matrix. The method is more particularly useful for the composition of cellulosic fillers (eg wood pulp, fibers, powders) in a hydrophobic polymer matrix. More particularly, 35% by volume or more, preferably 40% by volume or more, more preferably 45% by volume or more, and still more preferably 50% by volume or more filler (hydrophilic filler and talc) in the hydrophobic polymer matrix. Is useful to form a filled composition. Here, the volume% is based on the volume of the filled composition. In the method of the present invention, more than 50% by volume of a filler (including a hydrophilic filler and talc) is appropriately dispersed in a hydrophobic polymer matrix to form a filled polymer composition. Typically, it can contain less than 70% by volume of hydrophilic filler. However, the volume% is based on the volume of the filled composition. Here, the composition containing “a large amount of a filler” refers to a composition containing 35% by volume or more of a filler based on the amount of the composition material.

本発明の方法は、本発明の口金と組み合わせていかなる種類の押出機(単軸および二軸押出機を含む。)を適切に組込む。二軸押出機としては、逆回転二軸押出機、共回転二軸押出機および円錐押出機が挙げられる。米国特許第6450429号明細書は、たとえば、本方法に使用するのに適した二軸押出機を開示している。円錐二軸押出機、特に逆回転円錐二軸押出機は、セルロース系充填剤のような熱により劣化しやすい成分を扱うときに特に望ましい。円錐二軸押出機は、単軸押出機よりも高い程度の成分混合を提供するが、標準的な二軸押出機よりも熱の発生が少ない。   The method of the present invention suitably incorporates any type of extruder (including single and twin screw extruders) in combination with the die of the present invention. Examples of the twin-screw extruder include a counter-rotating twin-screw extruder, a co-rotating twin-screw extruder, and a conical extruder. U.S. Pat. No. 6,450,429 discloses, for example, a twin screw extruder suitable for use in the present method. Conical twin screw extruders, particularly counter rotating conical twin screw extruders, are particularly desirable when dealing with heat-sensitive components such as cellulosic fillers. A conical twin screw extruder provides a higher degree of component mixing than a single screw extruder, but generates less heat than a standard twin screw extruder.

口金が取り付けられる押出機の出口オリフィスに形状と寸法が類似する入口オリフィスを有する口金を選択する。また、充填剤が重合体母材内に均一に分布するのを確実にするために十分な背圧であるが、押出機または帯域(a)中の重合体または充填剤の望ましくない劣化を引き起こすほど大きくはない背圧を提供する帯域(a)を選択する。適切な長さおよび流路断面を有する帯域(a)を設計するために、混合物粘度、重合体溶融流量、および既知の圧力損失および温度モデルを使用する。最小限の実証的検定での最適化は、当業者に帯域(a)の最適のパラメーターを提供することができる。   Select a die having an inlet orifice that is similar in shape and size to the outlet orifice of the extruder to which the die is attached. Also, the back pressure is sufficient to ensure that the filler is evenly distributed within the polymer matrix but causes undesirable degradation of the polymer or filler in the extruder or zone (a). Select a zone (a) that provides a back pressure that is not as great. In order to design zone (a) with the appropriate length and channel cross section, the mixture viscosity, polymer melt flow, and known pressure drop and temperature models are used. Optimization with minimal empirical testing can provide those skilled in the art with the optimal parameters of band (a).

上記の口金の教示に従って適切な形状および寸法安定性を有する物品を形成するであろう帯域(b)と帯域(c)の組み合わせをも有する口金を選択する。   In accordance with the above-mentioned teachings of the base, a base having a combination of zone (b) and zone (c) that will form an article with suitable shape and dimensional stability is selected.

帯域(a)が押出機に隣接し、帯域(c)が押出機から最も遠くなるように、そして口金の中の流路が押出機出口オリフィスと流体連通するように、口金を押出機に取り付ける。   The die is attached to the extruder so that zone (a) is adjacent to the extruder, zone (c) is furthest from the extruder, and the flow path in the die is in fluid communication with the extruder outlet orifice. .

押出の方法は、本発明の口金の選択と使用は別として、既知の技術に従うことができる。特に望ましい方法には、重合体母材中の木粉充填剤を押し出すための方法(たとえば、米国特許第5516472号明細書(第6欄第14行〜第9欄第15行)および封入された木粉充填剤を利用する米国特許第5082605号明細書(その全体)の方法(口金は別として)を参照。各文献は引用によってここに組み込まれる。)がある。一般に、押出機の中に充填剤成分および重合体母材成分を供給し、加熱および混合して重合体溶融物を形成し、その後、口金を通して重合体溶融物を押し出して、重合体母材の中に分散した充填剤を含む押出品を形成する。   The method of extrusion can follow known techniques, apart from the selection and use of the die of the present invention. Particularly desirable methods include a method for extruding wood flour filler in a polymer matrix (eg, US Pat. No. 5,516,472 (column 6, line 14 to column 9, line 15) and encapsulated. See U.S. Pat. No. 5,082,605 (in its entirety) utilizing wood flour fillers (apart from the base), which is hereby incorporated by reference. In general, a filler component and a polymer matrix component are fed into an extruder and heated and mixed to form a polymer melt, which is then extruded through a die to form a polymer matrix. An extrudate is formed containing the filler dispersed therein.

重合体母材の主成分は、熱可塑性重合体、好ましくはポリエチレン、ポリプロピレンおよびポリ塩化ビニルのような疎水性重合体である。ここで、ポリエチレンとは、いかなる単独重合体または全単量体単位を基準として50%を超える重合したエチレン単位を含む共重合体をもいう。典型的なポリエチレンは低密度ポリエチレン(LDPE)および高密度ポリエチレン(HDPE)である。同様に、ポリプロピレンとは、単独重合体、および全単量体単位を基準として50%を超える重合したプロピレン単位を含む共重合体をいう。特に望ましくは、本発明の方法において重合体母材として使用される重合体は、HDPE、ポリプロピレンおよびポリ塩化ビニルである。   The main component of the polymer matrix is a thermoplastic polymer, preferably a hydrophobic polymer such as polyethylene, polypropylene and polyvinyl chloride. Here, polyethylene refers to any homopolymer or a copolymer containing more than 50% polymerized ethylene units based on the total monomer units. Typical polyethylenes are low density polyethylene (LDPE) and high density polyethylene (HDPE). Similarly, polypropylene refers to homopolymers and copolymers containing more than 50% polymerized propylene units based on total monomer units. Particularly desirably, the polymers used as the polymer matrix in the process of the present invention are HDPE, polypropylene and polyvinyl chloride.

いかなる充填剤も本発明において使用するのに適している。その方法は、疎水性重合体母材の中に親水性充填剤を分散させるのに特に有用である。親水性充填剤は、疎水性重合体母材の中で分散することに抵抗する傾向があり、そしてその結果重合体母材の中で凝集する傾向がある。本方法は、疎水性重合体の中で親水性充填剤を使用するときでさえ、高温加熱の有害な面(たとえば熱劣化)と分散作用の望ましい均衡を提供することによって、高度に分散し均一に分布した充填剤を含む重合体組成物の形成を可能にする。本発明において使用するのに適した典型的な親水性充填剤の具体例としては、木粉、木材パルプ、木繊維のようなセルロース系材料が挙げられる。   Any filler is suitable for use in the present invention. The method is particularly useful for dispersing hydrophilic fillers in a hydrophobic polymer matrix. Hydrophilic fillers tend to resist dispersion in the hydrophobic polymer matrix and as a result tend to aggregate in the polymer matrix. The method is highly dispersed and uniform, even when using hydrophilic fillers in hydrophobic polymers, by providing a desirable balance of high temperature detrimental aspects (eg thermal degradation) and dispersion action. Enabling the formation of polymer compositions containing fillers distributed in the. Specific examples of typical hydrophilic fillers suitable for use in the present invention include cellulosic materials such as wood flour, wood pulp, wood fiber.

通常、押出機に重合体母材材料を加えると同時に、そのすぐ後に、または同時かつその後に、押出機に充填剤を加える。充填剤は、単独でまたは濃厚物(たとえば重合体母材の中に封入された充填剤を含むペレット)の形で加えることができる。   Usually, the polymer matrix material is added to the extruder at the same time, immediately after, or simultaneously with, and thereafter the filler is added to the extruder. The filler can be added alone or in the form of a concentrate (eg, pellets containing filler encapsulated in a polymer matrix).

重合体母材用の重合体および充填剤に加えて、本発明の方法は、添加剤、たとえばステアリン酸金属塩および脂肪酸エステルのような潤滑剤、タルクおよび炭酸カルシウムのような無機充填剤、着色剤、紫外線安定剤、殺生剤、殺カビ剤、耐衝撃性改良剤、強化用繊維(たとえばガラスおよび珪灰石)、中空ガラス球、層状ケイ酸塩、およびカップリング剤の添加を含むことができる。   In addition to the polymers and fillers for the polymer matrix, the method of the present invention includes additives such as lubricants such as metal stearates and fatty acid esters, inorganic fillers such as talc and calcium carbonate, coloring. Agent, UV stabilizers, biocides, fungicides, impact modifiers, reinforcing fibers (eg glass and wollastonite), hollow glass spheres, layered silicates, and coupling agents can be added. .

充填剤入り重合体組成物
本発明の方法は、疎水性重合体母材の中に高度に分散し均一に分布した親水性充填剤を含むことができる、充填剤を多量に含む重合体組成物押出品を生産することができる。充填剤は、充填剤入り重合体組成物の体積を基準として、充填剤入り重合体組成物の35体積%以上、40体積%以上、50体積%以上、さらには60体積%以上を含むことができる。好ましくは、充填剤はセルロース系材料である。より好ましくは、充填剤は、木粉、木材パルプ、木繊維、木材フレークまたはそれらの任意の組み合わせである。もっとも好ましくは、充填剤は木粉である。重合体は、望ましくは、ポリエチレン、ポリプロピレンまたはポリ塩化ビニルであり、好ましくはポリエチレンはHDPEである。1つの望ましい充填剤を多量に含む重合体組成物は、ポリエチレンの中に高度に分散し均一に分布した木粉を含み、板の形状に押し出されたものである。
Filled polymer composition The method of the present invention can comprise a highly dispersed and uniformly distributed hydrophilic filler in a hydrophobic polymer matrix, a polymer composition comprising a large amount of filler. Extrudates can be produced. The filler may contain 35% by volume or more, 40% by volume or more, 50% by volume or more, and further 60% by volume or more of the filled polymer composition based on the volume of the filled polymer composition. it can. Preferably, the filler is a cellulosic material. More preferably, the filler is wood flour, wood pulp, wood fiber, wood flakes or any combination thereof. Most preferably, the filler is wood flour. The polymer is desirably polyethylene, polypropylene or polyvinyl chloride, preferably the polyethylene is HDPE. A polymer composition containing a large amount of one desirable filler contains wood powder that is highly dispersed and uniformly distributed in polyethylene and is extruded into the shape of a board.

本発明の複合材料は、たとえば、甲板材料、フェンス材料、および現在木板、合い釘、厚板および棒が有用性を有する任意の用途としての有用性を有する。   The composite material of the present invention has utility in, for example, deck materials, fence materials, and any applications where current wood boards, dowels, planks and bars are useful.

次の実施例は、本発明の特定の実施態様を説明する役目をする。各実施例のために、86ミリメートルの円錐二軸押出機(たとえばミラクロン社製TC86)を使用し、ミラクロン入口アダプター(自在アダプター・フランジとしても知られている。)を使用して、図1〜4中の口金100に類似する口金を押出機に取り付ける。自在アダプター・フランジは、押出機の断面を口金の入口オリフィスの断面に縮小する。図1〜4における記載のためには、アダプター・フランジを押出機の一部と見なす。   The following examples serve to illustrate specific embodiments of the present invention. For each example, an 86 millimeter conical twin screw extruder (eg, Miraclon TC86) was used, and a Milaclon inlet adapter (also known as a universal adapter flange) was used to determine FIGS. A base similar to the base 100 in 4 is attached to the extruder. The universal adapter flange reduces the cross section of the extruder to the cross section of the inlet orifice of the die. For the description in FIGS. 1-4, the adapter flange is considered part of the extruder.

実施例1
口金は、長さLDが16インチ(406mm)であり、その出口端における直径が10インチ(254mm)である。流れ制限帯域Aの長さLAは1.4インチ(3.6cm)である。流れ再分配帯域Bの長さLBは10.6インチ(26.9cm)である。ランド帯域Cの長さLCは4インチ(10cm)である。
Example 1
The base has a length L D of 16 inches (406 mm) and a diameter at its outlet end of 10 inches (254 mm). The length L A of the flow restriction zone A is 1.4 inches (3.6 cm). The length L B of the flow redistribution zone B is 10.6 inches (26.9 cm). The length L C of the land zone C is 4 inches (10 cm).

口金は、直径1.57インチ(40mm)の入口オリフィス12を有する。出口オリフィス14は、0.75インチ(19mm)の直径を有する。再分配流路20は、長方形になる前に、1.5インチ(38mm)の直径に対称的に広がる。ランド流路30は、5.50インチ(140mm)の幅WCおよび0.94インチ(24mm)の高さHCを有する。要素300および310は、再分配流路20の高さを減少させ、長さが3.3インチ(8.4cm)である。要素300および400は、流路の幅の中央に置かれ、半径14.5インチ(36.8cm)の曲線の4インチ(10cm)の幅の部分に相応する最大突起を有する、対称な膨らみ(半分の犬用の骨の輪郭)で、再分配流路20の中に突き出している。要素350は、流路の幅にわたって一様により狭い高さに先細になることを除いて、再分配流路20の中に突き出していない。 The base has an inlet orifice 12 having a diameter of 1.57 inches (40 mm). The exit orifice 14 has a diameter of 0.75 inches (19 mm). The redistribution channel 20 extends symmetrically to a diameter of 1.5 inches (38 mm) before becoming rectangular. The land channel 30 has a width W C of 5.50 inches (140 mm) and a height H C of 0.94 inches (24 mm). Elements 300 and 310 reduce the height of redistribution channel 20 and are 3.3 inches (8.4 cm) in length. Elements 300 and 400 are centered in the width of the flow path and are symmetrical bulges with a maximum protrusion corresponding to a 4 inch (10 cm) wide portion of a 14.5 inch (36.8 cm) radius curve. Half the dog bone contour) protrudes into the redistribution channel 20. Element 350 does not protrude into the redistribution channel 20 except that it tapers to a uniformly narrower height across the width of the channel.

Figure 2009502586
Figure 2009502586

木成分を1〜2質量%水分(木成分質量基準)まで乾燥させ、その後、表1の成分を個々に、示された濃度で二軸押出機の供給部に加え、充填剤入り重合体組成物を形成する(質量%は充填剤入り組成物の全質量基準)。充填剤入り組成物を達成するために、華氏350度(摂氏177度)の温度で押出機の中で成分を一緒に混合する。木成分(60メッシュ多種松)を重合体成分(HDPE)と予備配合する必要はない。   The wood component is dried to 1 to 2% by weight moisture (wood component mass basis), then the ingredients in Table 1 are individually added to the feed section of the twin screw extruder at the indicated concentrations to form a filled polymer composition (Mass% is based on the total mass of the filled composition). To achieve a filled composition, the ingredients are mixed together in an extruder at a temperature of 350 degrees Fahrenheit (177 degrees Celsius). There is no need to pre-blend the wood component (60-mesh multi-pine) with the polymer component (HDPE).

1950ポンド毎平方インチ(13メガパスカル)の押出出口圧力(押出機出口オリフィスでの圧力)を得るために、毎分32回転のスクリュー速度で、毎時850ポンド(毎時386キログラム)の流量で、華氏350度(摂氏177度)の温度を維持しながら、充填剤入り重合体組成物を口金を通して押し出す。生じる物品は、冷却後、厚さ0.92インチ(2.3cm)、幅5.375インチ(13.7cm)の板である。板は、板の平らにした端を見たときに、視覚的に明らかな約1mmよりも大きな木の凝集物がなく、視覚的に明らかな混ざっていない成分の渦がない。   Fahrenheit at a flow rate of 850 pounds per hour (386 kilograms per hour) at a screw speed of 32 revolutions per minute to obtain an extrusion outlet pressure of 1950 pounds per square inch (13 megapascals). The filled polymer composition is extruded through a die while maintaining a temperature of 350 degrees (177 degrees Celsius). The resulting article is a 0.92 inch (2.3 cm) thick, 5.375 inch (13.7 cm) wide plate after cooling. The plate is free of visually visible unmixed component vortices when viewed from the flattened edge of the plate, with no visible aggregates of wood larger than about 1 mm.

実施例1の口金は、1.7の圧縮比を有する本発明の口金の例である。圧縮比は、再び、口金の出口オリフィスに対する口金の流路の最も広い断面積の比である。実施例1の方法は、1.7の圧縮比を有する口金を使用し、疎水性重合体母材中のセルロース系添加剤の均一の混合を生み出す、本発明の方法の実施例である。   The base of Example 1 is an example of the base of the present invention having a compression ratio of 1.7. The compression ratio is again the ratio of the widest cross-sectional area of the mouth channel to the mouth outlet orifice. The method of Example 1 is an example of the method of the present invention that uses a die having a compression ratio of 1.7 to produce a uniform mixing of the cellulosic additive in the hydrophobic polymer matrix.

実施例2
口金の中の要素200として実施例1の口金の中の要素200よりも長くかつ大きな制限的流路を定めるものを使用する以外は、実施例1の配合および方法を使用して、実施例2を調製する。異なる要素200は、流れ制限帯域Aの長さLAが5インチ(13cm)になるように、流れ再分配帯域Bの長さLBが7インチ(18cm)になるように、そして制限的流れ帯域の出口オリフィス14が1インチ(25mm)の直径を有するように、口金を変更する。
Example 2
Example 2 using the formulation and method of Example 1 except that the element 200 in the base is longer and larger than the element 200 in Example 1 and defines a restrictive flow path. To prepare. The different elements 200 are such that the length L A of the flow restriction zone A is 5 inches (13 cm), the length L B of the flow redistribution zone B is 7 inches (18 cm), and the restricted flow. The base is changed so that the zone outlet orifice 14 has a diameter of 1 inch (25 mm).

実施例2の口金および方法は、実施例1の板に類似する板を作る。実施例2の口金は本発明の口金の実施例であり、実施例2の方法は本発明の方法の実施例である。   The base and method of Example 2 make a plate similar to that of Example 1. The base of Example 2 is an example of the base of the present invention, and the method of Example 2 is an example of the method of the present invention.

比較例A
口金から要素200を取り除いた(それによって流れ制限帯域を省いた)以外は、実施例2と同じ手順、押出機および口金を使用して、充填剤入り組成物を調製する。比較例Aの充填剤入り組成物を形成するために、表2の成分および濃度を使用する。
Comparative Example A
A filled composition is prepared using the same procedure, extruder and die as in Example 2, except that element 200 was removed from the die (thus omitting the flow restriction zone). The ingredients and concentrations in Table 2 are used to form the filled composition of Comparative Example A.

Figure 2009502586
Figure 2009502586

実施例2のように、木成分を1〜2質量%の水分量(木成分質量基準)まで乾燥させ、成分を個々に押出機に加えて充填剤入り重合体組成物を調製する。1560ポンド毎平方インチ(11メガパスカル)の押出出口圧力(押出機出口オリフィスでの圧力)を達成するために、毎分32回転のスクリュー速度を使用して、毎時1013ポンド(毎時460キログラム)の流量で、充填剤入り重合体組成物を口金を通して押し出す。生じる1インチ(2.54cm)×5.375インチ(13.7cm)の板は、視覚的に明らかな1mmを超える木の凝集物および混ざっていない成分の渦を有し、成分の不十分な内部混合を示す。押出温度および速度を変えても、凝集物および渦は除去されない。   As in Example 2, the wood component is dried to a moisture content of 1-2% by weight (wood component weight basis), and the components are individually added to the extruder to prepare a filled polymer composition. To achieve an extrusion outlet pressure (pressure at the extruder outlet orifice) of 1560 pounds per square inch (11 megapascals), using a screw speed of 32 revolutions per minute, 1013 pounds per hour (460 kilograms per hour) At a flow rate, the filled polymer composition is extruded through a die. The resulting 1 inch (2.54 cm) by 5.375 inch (13.7 cm) plate has visually apparent wood agglomerates of more than 1 mm of wood agglomerates and unmixed component vortices, and insufficient components Indicates internal mixing. Changing the extrusion temperature and speed does not remove agglomerates and vortices.

実施例2および比較例Aは、押出口金の中の流れ制限帯域が、押出出口圧力を増加させて、流れ制限帯域のない口金よりも、充填剤入り重合体組成物の中により高度に分散した充填剤を生み出すことを示す。実施例2と比較例Aとの組成物配合の差は、押出出口圧力または押し出された板の中の充填剤分散の程度に影響を及ぼさないはずである。   Example 2 and Comparative Example A show that the flow restriction zone in the extrusion die is more highly dispersed in the filled polymer composition than the die without the flow restriction zone, increasing the extrusion outlet pressure. To produce a filled filler. The difference in composition formulation between Example 2 and Comparative Example A should not affect the extrusion outlet pressure or the degree of filler dispersion in the extruded plate.

実施例2は、さらに、疎水性重合体母材の中のセルロース系添加剤の均一な混合を生み出す、1.7の圧縮比を有する口金を使用した本発明の方法を例証する。   Example 2 further illustrates the method of the present invention using a die having a compression ratio of 1.7 that produces a uniform blend of cellulosic additives in the hydrophobic polymer matrix.

本発明の1つのモジュール式の口金の平面断面図を示す。1 shows a cross-sectional plan view of one modular base of the present invention. 図1と同じモジュール式の口金の側面断面図を示す。FIG. 2 shows a side sectional view of the same modular base as in FIG. 押出機すなわち口金の入口端の方を見た、図1の口金のA−A断面図を示す。FIG. 2 shows a cross-sectional view of the die of FIG. 口金の押出機端と反対の方向を見た、図1の口金のB−B断面図を示す。FIG. 2 shows a cross-sectional view of the die of FIG.

Claims (20)

流れ制限帯域(a)、流れ再分配帯域(b)およびランド帯域(c)からなる押出口金であって、押出口金は押出口金の1つの端から押出口金の反対の端に延びる口金流路を定め、
(a)流れ制限帯域は、流れ制限帯域の入口オリフィスから反対端の出口オリフィスに延びる制限的流路を定め、制限的流路は(i)口金流路の最も小さな断面積に等しい断面積を有する出口オリフィスおよび(ii)制限的流路入口端での周囲面積よりも小さい平均断面積を有し、
(b)流れ再分配帯域は、制限的流路の出口オリフィスに隣接する入口オリフィスから、流れ再分配帯域の反対端の出口オリフィスに延びる再分配流路を定め、再分配流路は、制限的流路と流体連通し、最初は制限的流路の出口オリフィスの断面積から断面積が増加し、そして
(c)ランド帯域は、再分配流路の出口オリフィスに隣接する入口オリフィスからランド帯域の反対端の出口オリフィスに延びるランド流路を定め、ランド流路は、再分配流路と流体連通し、ランド帯域の入口端と出口端との間の任意の2点における任意の断面寸法の変動が5%未満であり、
制限的流路は再分配流路またはランド流路よりも小さな平均断面積を有し、制限的流路、再分配流路およびランド流路の組み合わせが口金流路を定め、口金流路は、口金の入口端(入口端は制限的流路および口金の入口オリフィスを定める。)から反対の出口端(出口端はランド流路および口金の出口オリフィスを定める。)まで、口金の全体を通じて、重合体溶融物の層流を提供することを特徴とする押出口金。
An extrusion die comprising a flow restriction zone (a), a flow redistribution zone (b) and a land zone (c), the extrusion die extending from one end of the extrusion die to the opposite end of the extrusion die Define the mouth channel,
(A) The flow restricting zone defines a restrictive flow path extending from the inlet orifice of the flow restricting zone to the outlet orifice at the opposite end, and the restrictive flow path has a cross-sectional area equal to (i) the smallest cross-sectional area of the mouth channel. Having an exit orifice and (ii) an average cross-sectional area less than the peripheral area at the restrictive flow path inlet end;
(B) the flow redistribution zone defines a redistribution flow path that extends from an inlet orifice adjacent to the outlet orifice of the restrictive flow path to an exit orifice at the opposite end of the flow redistribution zone, In fluid communication with the flow path, initially increasing the cross-sectional area from the cross-sectional area of the outlet orifice of the restrictive flow path, and (c) the land zone from the inlet orifice adjacent to the outlet orifice of the redistribution flow path A land flow path is defined that extends to an exit orifice at opposite ends, the land flow path is in fluid communication with the redistribution flow path, and any cross-sectional dimension variation at any two points between the inlet and outlet ends of the land zone. Is less than 5%,
The restrictive flow path has a smaller average cross-sectional area than the redistribution flow path or the land flow path, and the combination of the restrictive flow path, the redistribution flow path, and the land flow path defines the base flow path, From the inlet end of the base (the inlet end defines the restrictive flow path and the inlet orifice of the base) to the opposite outlet end (the outlet end defines the land flow path and the outlet orifice of the base), An extrusion die characterized in that it provides a laminar flow of coalesced melt.
(a)、(b)、および(c)を通る口金流路が、2つの開口部(1つは口金の入口端に、もう1つは口金の出口端ある。)のみによって出入り可能であることを特徴とする請求項1に記載の口金。   The base channel through (a), (b), and (c) can only enter and exit by two openings (one at the inlet end of the base and the other at the outlet end of the base). The base according to claim 1. 口金は少なくとも1つのモジュール式の構成部品を含むことを特徴とする請求項1に記載の口金。   The base according to claim 1, wherein the base includes at least one modular component. 流れ制限帯域、流れ再分配帯域およびランド帯域の少なくとも1つが、モジュール式の構成部品を含むことを特徴とする請求項3に記載の口金。   The base of claim 3, wherein at least one of the flow restriction zone, the flow redistribution zone, and the land zone includes a modular component. 口金が2:1よりも小さい圧縮比を有することを特徴とする請求項1に記載の口金。   The base according to claim 1, wherein the base has a compression ratio of less than 2: 1. 口金が少なくとも3:1の圧縮比を有することを特徴とする請求項1に記載の口金。   The base according to claim 1, wherein the base has a compression ratio of at least 3: 1. 流れ制限帯域(a)が4インチ(10センチメートル)以下の長さを有することを特徴とする請求項1に記載の口金。   The mouthpiece of claim 1, wherein the flow restriction zone (a) has a length of 4 inches (10 centimeters) or less. 制限的流路が流れ制限帯域のいかなる点においても円形断面を有することを特徴とする請求項1に記載の口金。   The base according to claim 1, wherein the restrictive flow path has a circular cross section at any point in the flow restriction zone. 流れ再分配帯域が制限的流路から長方形のランド流路の中に重合体溶融物を分配することを特徴とする請求項8に記載の口金。   9. A die according to claim 8, wherein the flow redistribution zone distributes the polymer melt from the restrictive flow path into the rectangular land flow path. ランド流路が、ランド流路の押出方向に延びる溝を有する少なくとも1つの壁を有することを特徴とする請求項1に記載の口金。   The die according to claim 1, wherein the land channel has at least one wall having a groove extending in an extrusion direction of the land channel. 制限的流路が、制限的流路中の層流を可能にする静的混合邪魔板を含むことを特徴とする請求項1に記載の口金。   The base of claim 1, wherein the restrictive flow path includes a static mixing baffle that allows laminar flow in the restrictive flow path. 制限的流路には静的混合邪魔板がないことを特徴とする請求項1に記載の口金。   The base according to claim 1, wherein the restrictive flow path has no static mixing baffle. 制限的流路は、円形断面を有し、長さが1〜2インチ(2.5〜5cm)であり、直径0.5〜1.5インチ(1.3〜3.8cm)の出口オリフィスを有し、そして静的混合要素がないことを特徴とする請求項1に記載の口金。   The restrictive flow path has a circular cross section, is 1-2 inches (2.5-5 cm) in length, and has an exit orifice of 0.5-1.5 inches (1.3-3.8 cm) in diameter. The base according to claim 1, characterized by having no static mixing elements. 重合体および充填剤を含む組成物を押出機から押出口金を通して押し出すことを含む充填剤入り重合体組成物を押し出す方法であって、押出口金が請求項1に記載の押出口金であることを特徴とする方法。   A method for extruding a filled polymer composition comprising extruding a composition comprising a polymer and a filler from an extruder through an extrusion die, wherein the extrusion die is an extrusion die according to claim 1. A method characterized by that. 充填剤が、雲母、タルクおよびセルロース系材料からなる群から選ばれることを特徴とする請求項14に記載の方法。   15. The method of claim 14, wherein the filler is selected from the group consisting of mica, talc and cellulosic material. 充填剤入り重合体組成物が、全充填剤入り重合体組成物体積を基準として40体積%以上の充填剤を含むことを特徴とする請求項14に記載の方法。   15. The method of claim 14, wherein the filled polymer composition comprises 40% by volume or more filler based on the total filled polymer composition volume. 充填剤が親水性であり、重合体がポリエチレンまたはポリプロピレンであることを特徴とする請求項16に記載の方法。   The method of claim 16, wherein the filler is hydrophilic and the polymer is polyethylene or polypropylene. 重合体が高密度ポリエチレンであることを特徴とする請求項17に記載の方法。   The method of claim 17 wherein the polymer is high density polyethylene. 押出機が円錐二軸押出機であることを特徴とする請求項14に記載の方法。   The process according to claim 14, characterized in that the extruder is a conical twin screw extruder. 押出口金が制限的流路を有し、制限的流路は、円形断面を有し、長さが1〜2インチ(2.5〜5cm)であり、直径0.5〜1.5インチ(1.3〜3.8cm)の出口オリフィスを有し、静的混合機要素がないことを特徴とする請求項14に記載の方法。   The extrusion die has a restrictive flow path, the restrictive flow path has a circular cross section, is 1 to 2 inches (2.5 to 5 cm) in length, and has a diameter of 0.5 to 1.5 inches. 15. A process according to claim 14, characterized in that it has an exit orifice (1.3 to 3.8 cm) and is free of static mixer elements.
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